JPH07503770A - エンジンおよび歯車伝動装置の組み合わせ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可変タイミング歯車装置 本発明は内燃機関における燃料ポンプおよびカムシャフトのような構成要素と使 用する可変タイミング歯車装置に関する。

内燃機関においては、補助装置を含めて様々な構成要素かクランクシャフトで駆 動されており、この駆動は現在は一般にクランクシャフト・スプロケットまたは 駆動ホイールからヘルドまたはチェーン（何れも便宜のためにベルトと称する） を経て行われている。クランクシャフトおよび燃料噴射ポンプ（ディーゼルまた は燃料噴射エンジンの場合）のようなこれらの構成要素はクランクシャフト速度 より遅く駆動され、特に４ストロークエンジンでは半分の速度であるので低速構 成要素と称される一方、例えは水ポンプや交流発電機のような他のものはクラン クシャフト速度より速い速度で駆動されるので高速構成要素と称される。これら の異なる速度の要求は、一方は低速構成要素用および他方は高速構成要素用の２ つの別々な駆動ベルト装置の配備を必要とし、低速装置用のクランクシャフト・ スプロケットまたはホイールは比較的小さくなければならないので高速装置に不 適当となる。

２つのタイミング装置の使用はエンジンの長さを増大させてそれほど小型にでき ず、これに加えて各ベルト装置の張力か個々に調整されねばならず、両ベルトと も最終的に交換が必要となるので、保守の要求か増大される。低速ベルトは張力 装置を存することかできるが、高速ベルトの交流発電機はベルト張力調整のため に移動可能どされねばならない。

更に、エンジンのクランクシャフトにおける減速は比較的大きなカムシャフト駆 動ホイール（またはスプロケット）か必要なことを意味し、エンジン高さの増大 をもたらしくオーバーヘッド・カムシャフト設計の場合）、これによりエンジン ・ボンネットの下方にエンジンを搭載するうえて問題を生じ得る。この問題はバ ルブ角度を変更することで軽減できるか、これはエンジン性能に悪影響を及ぼし かねない。

これに加えて、これまでのエンジン設計においてはクランクシャフトのデータに 対して設定（固定）されたバルブ・タイミングおよび燃料噴射タイミングにて作 動されることか通例であった。しかしながらこれは、エンジンの様々な作動およ び負荷条件の範囲にわたる走行に関して、最適なエンジン性能を発揮させること ができない。エンジン運転中にこれらのタイミングの相調整を行うことは既に提 案されてきたが、これらは複雑すぎることおよび（または）効果的でないことか 立証された。

本発明の目的は、上述した問題を解決する可変タイミング歯車装置を提供するこ とである。

本発明によれば、エンジン駆動シャフトから駆動装置により駆動されるエンジン 構成要素のための可変タイミング歯車装置が提供されるのであり、前記歯車装置 は前記駆動装置内に配置されるようになされると共に、本質的に簡単な形式のエ ピサイクリック歯車または差動歯車とされた歯車駆動系と、歯車駆動系を前記構 成要素の近くに配置させて該駆動系の出力部材か該構成要素の被駆動シャフトに 連結てきるようにするために備えられた手段と、エンジン駆動シャフトから駆動 される該駆動系の人力部材とを含み、前記歯車駆動系はその入力および出力部材 の間で駆動速度を変化させるように作用するように構成されている。

この歯車駆動系はステップダウン形式で作動することが好ましい。

前記入力および出力部材の一方は簡単な（すなわち複合ではない）エビサイクリ ック歯車である太陽歯車で構成され、他方はエピサイクリック歯車である環状（ リング）歯車で構成されることか好ましい。制御装置か遊星歯車キャリヤのため に備えられることかでき、また太陽歯車と環状歯車との間に角度粗調整を行うこ とか好ましい。

好ましい実施例において、遊星歯車キャリヤは構成要素の被駆動シャフトと同軸 的に且つ構成要素から離れる方向へ延在されたスリーブに取付けられる。この制 御装置は、スリーブの選択された角度移動を行わせるように作用するレバーのよ うなアクチュエータを含むことができ、このアクチュエータの作動はエンジンの 作動パラメータを検出する検出装置によって行われることか好ましい。

環状歯車の取付けられる半径方向部材を有するハブか備えられることか好ましく 、このハブは構成要素の被駆動シャフトに固定されるようになされる。これに代 えて、環状歯車は構成要素の前記被駆動シャフトと一体の半径方向部材に固定さ れることができる。駆動歯車の循環油は構成要素から導管手段を経て供給できる 。

本発明はまた上述の可変タイミング歯車装置を組み入れた内燃（１，Ｃ，）機関 でもある。

本発明の他の見地によれば、内燃機関はエンジン駆動シャフトから一次駆動装置 を経て駆動されるカムシャフト、燃料噴射ポンプおよび交流発電機のような複数 の構成要素と、前記構成要素の少なくとも１つに関して一次駆動装置で伝達され る速度を前記構成要素に合った入力速度に変化させるための付加的な可変歯車装 置とを含んで構成される。

本発明の実施例がここで添付図面を参照して例を挙げて説明される。図面におい て、 第１図は、１つのエンジン構成要素に対して適用された本発明による可変タイミ ング歯車装置を断面とした倒立面図にて示し、第２図は、歯車装置の前面図を示 し、 第３図は、エンジンのカムシャフトに適用した第１図の可変タイミング歯車装置 を倒立面図で示し、 第４図は、本発明の可変タイミング歯車装置（断面で示される）を備えた内燃機 関の燃料噴射ポンプの側面図を示し、第５図は、第４図に示された燃料ポンプを 装着した内燃機関の前面図を示し、第６図は、第５図のエンジンに似た、従来技 術のエンジンの前面図を示し、第７図は、様々な構成要素のタイミングベルト駆 動系を示している従来技術の内燃機関の前面図を概鮎的に示す一方、第８図は、 エンジンの同様な、本発明の装置を使用した図を示しており、 第９図および第」０図は、第７図および第８図と同様であるがＶ型エンジンの図 を示し、 第１Ｉ図は、ダブル・オーバーヘッド・カムシャフト設計の従来技術の内燃機関 のシリンダヘッド構造を前面図で示し、および第１２図は、第１１図に対比でき る本発明の装置を使用した小型内燃機関の図を示す。

第１図および第２図を参照すれば、可変タイミング歯車装置Ｇが内燃機関の構成 要素、特にエンジン燃料噴射ポンプまたはバルブ・タイミングに関するエンジン カムシャフトのために備えられ、この装置はステップダウン式の歯車機能を果た すように作用する。

装置Ｇは構成要素の被駆動シャフト２Ａを駆動する簡単なエビサイクリック駆動 系Ｉを含み、この装置Ｇが構成要素のケーシング壁の付近に配置されるようにな されており、エビサイクリック駆動系ｌはエンジン（図示せず）の前部に取付け られているタイミング歯車によって駆動され、またシールされたタイミングケー ス２０で取り囲まれている。

シャフト２Ａに対する駆動は太陽歯車組立体３を介して行われるのであり、この 組立体は外側駆動歯車４、内側歯車５、およびこの歯車５を所定の軸線方向位置 に保持するだめの円形クリップ６および７を含んでいる。代替例としては、太陽 歯車組立体は単一構造の外側および内側歯車を有することができ、この場合には クリップは必要ない。

軸受８で支持された太陽歯車組立体３はキャリヤＩＯに取付けられた遊星歯車９ を駆動する。シャフト２Ａに対する動作は、シャフト２Ａに直接に取付けられ且 つ遊星歯車９て駆動される環状歯車１１によって行われる。

キャリヤｌＯはスリーブＩＯＡを含み、スリーブＩＯＡは環状歯車に取付けられ ると共に軸受１２で支持される。キャリヤ１０は円形クリップ１３、レバー１４ （説明する）およびスラストワッシャ１５て軸線方向に配置される。

環状歯車１１は、焼き嵌め（ｓｈｒｕｎｋ）されてリング歯車１７に取付けられ た半径方向壁＋６Ａを存する内側ハブ１６を含んて構成されている。環状歯車は ナツト１８によりシャフト２Ａに直接にボルト止めされており、キー１８Ａがハ ブ１６およびシャフト２Ａの間に備えられている。

太陽歯車組立体３に対するシャフト２Ａの角度関係は、キャリヤのスリーブ＋Ｏ Ａに取付けられた調整レバーＩ４によって操作できる。

レバー１４の作動は、後で一層詳細に説明される制御装置構造における空気圧式 または液１２式に作動されるアクチュエータまたは第５図に示された電気的な線 形アクチュエータ１９のような何れかの適当装置で行うことかできる。第２図を 参照すれは、キャリヤＩＯか静止されると、太陽歯車組立体３および環状歯車Ｉ Ｉの間でストレートな減速（ステップダウン）か行われて太陽歯車および環状歯 車のためのデータ指針１８およびＩＡか整列されるのであり、このＩ８はクラン クシャフトデータに関して正確に設定されている。しかしながら選択された動き がここでレバー１４に伝えられてキャリヤＩＯに動きを生じると、環状歯車１１ はレバー１４の揺動方向に応じて小さな所望の量だけ太陽歯車組立体３に進み角 （αＬ）または遅れ角（α、）を生しる。レバー１４は９０°まての揺動運動を 行えるが、通常は約ｌＯ°て十分である。

第３図は、エンジンのカムシャフト２１に使用された第１図による歯車装置Ｇを 示しており、第１図と同じ符号が使用されている。この場合、環状歯車１１の半 径方向壁＋６Ａはカムシャフトと一体であり、壁１６Ａはエンジンのシリンダヘ ッド（図示せず）に取付けられたカムシャフト支持ブロックに接近させて配置さ れる。エビサイクリック歯車１の循環油はカムシャフトのオイル通路２３からダ クト２４および２５を経て受取る。エビサイクリック歯車１を介した駆動は第３ 図に太い矢印線で示されている。

レバー１４のカムシャフトを介したバルブタイミングの選択された調整は、エン ジンの変化する負荷および運転条件に対して走行時にエンジンか最適性能に近付 くことを可能にする。

第４図はディーゼルエンジンの噴射ポンプに装着された歯車装置Ｇを示しており 、エンジンＥてのポンプ２６の配置は第５図に示されている。この場合、歯車Ｇ は正確に第１図に一致しており、ハブ１６はポンプシャフトの外部スタブ部材２ ７」二に直接に固定されて、歯車かポンプの端部ケーシング壁２８に接近して配 置されるようになされる。エビサイクリック歯車１に対する潤滑はノズル入力部 ２９およびダクト３０を経て可能とされる。

レバーＩ４の位置は、タイミング・ケースカバー２０に連結された電気的な線形 アクチュエータ１９（第５図）で制御される。アクチュエータは「ブラックボッ クス」に接続され、自動車のバッテリで電力供給される。

このアクチュエータ１９はレバー１４を９０°までの揺動の要求に応じて位置さ せる。

この「ブラックボックス」は多数のエンジン作動パラメータを監視し、所望の運 転条件に適当となるように燃料噴射のタイミングを変化させるために電気的アク チュエータ１９に信号を送る。

この装置はエンジンクランクシャフトおよび燃料噴射ポンプ２６の間の角度関係 の正確な制御を行う。

このポンプ２６は噴射装置アトマイザに供給燃料を流入させるように応答できる 。何等かの形態のタイミング制御装置を備えていなければ、エンジンのクランク シャフトと燃料が燃焼空間内に噴射される瞬間との関係は燃料装置の液圧−機械 特性に純粋に依存する。

このタイミング装置Ｇを組み込むことにより、速度、負荷、空気温度、水温、ス ロットル位置等のような多くのパラメータに関して噴射の瞬間を最適化すること が可能になり、向上したエンジン性能特性の達成が可能になる。

エビサイクリック歯車１で与えられるステップダウン比により、ポンプ２６の人 力歯車４は、第６図に示されたこの入力歯車ＰＩが５６の歯を有する従来技術の 構造に比較して、小さい寸法（例えば、歯数が３４）とすることができ、このこ とはエンジンの全幅内の減速装置を可能にする。第５図および第６図はアイドル 歯車を経てポンプ２６の入力歯車を駆動するクランクシャフト歯車Ｋを示してい る。

エンジンに平行に下方へ延在する制御レバー１４を備えたキャリヤのスリーブ１ ０Ａを経たタイミング制御装置を有することにより、歯車装置Ｇの全体直径は最 少限に保持されて、小型装置を提供することになる。レバー１４はエビサイクリ ック歯車ｌの前部に接近させて配置される。

エンジンの構成要素に対する可変速装置の使用は、これから説明するようにエン ジンのレイアウトにかなりの改良を行うことができる。

太陽歯車組立体３における駆動装置入力から燃料ポンプシャフトまたはカムシャ フトに連結された環状歯車１１まで速度のステップダウンが行われるという事実 は、エンジンの前端部ベルト／歯車／チェーンの基本的なレイアウトを簡単化で きるようにする。

第７［４および第８図は、シングル・オーバーヘッド・カムシャフト、燃料噴射 ポンプを有し、これらの何れも可変タイミングを備えており、加えて交流発電機 および水ポンプ駆動装置をイｆするエンジンを示している。

従って従来の駆動系（第７図）では、エンジン速度の半分の速度で作動される燃 料噴射ポンプ２６およびカムシャフト２１のような低速構成要素を駆動するため に１つの駆動ベルトまたは装ｆｔ３１を、またエンジン速度よりも速い速度で作 動される例えば交流発電機３３、水ポンプ３４のような高速構成要素を駆動する 第７図の試験によれば、クランクシャフト・プーリー／歯車／スジロケ・ノド等 はカムシャフトまたは燃料噴射ポンププーリー／スプロケット（クランクシャフ ト・プーリーの直径の２倍）を適当な寸法にできるように直径を小さくされねば ならないことが判る。４ストロークのディーゼルエンジンでは、カムシャフトお 動する能力か制限されることになる欠点が生じ、高速構成要素を駆動するには実 際的でないほど小径のプーリー／スプロケットをそれらの構成要素に使用しなけ ればベルト／チェーンの速度が遅すぎることになる。

従って、交流発電機が緊張装置として作用する場合か示されたように、付加的な 駆動装置３２を備えることが普通である。

可変タイミング装置を備えた同じレイアウトは、第８図に示すように全ての構成 要素が１つの駆動袋ｆｔ３１Ａにより駆動できるように、クランクシャフト・プ ーリーに１か拡径できるようにする。燃料噴射ポンプおよびカムシャフト駆動プ ーリー／スプロケット４はこの場合よりも格段に速い速度で作動され、ｌ：２の 適正比率はこれらの装置に備えられた可変タイミング装置内の速度ステップダウ ン装置によって回復される。

第８図に示された１つの駆動装置により、ただ１つの緊張装置か必要とされ、交 流発電機３３はエンジンのシリンダ・ブロックＥに接近させて配置できるように なる。燃料噴射ポンプおよびクランクシャフト駆動プーリー／スプロケット４の 直径は、従来のレイアウトに比較して僅かに増大され、これは第７図／第８図に 示されている。

１つの駆動装置３１Ａにより、エンジンの長さは縮小されて車両にエンジンを搭 載するうえて利点を与える。同様に、２つの緊張袋ｆｌＦ（１つの代わりに）の 保守を必要とする２つの駆動装置の複雑さが回避される。

第９図および第１θ図はＶ形エンジンに可変タイミング装置Ｇを使用する利点を 同様に示す。

ダブル・オーバーヘッド・カムシャフトの駆動装置では、第１１図に示されるよ うに配置されたカムシャフトを有することが普通である。カムシャフト中心は隣 接される駆動プーリー／スプロケット４′の直径によって決定される。更に、プ ーリー／スプロケット４°の直径は、４ストローク・エンジン用のクランクシャ フト・プーリー／スブロケッｌ−にの直径の２倍に固定される。エンジンの高さ もまたこれらのプーリー／スプロケット４′の直径によって決定されることが普 通である。

両方のカムシャフト２１に可変タイミング装置Ｇを備えた同じレイアウトはカム シャフト駆動プーリー／スプロケット４′の直径を縮小できるようにし、これは 第１２図に示されている。これはカムシャフト駆動プーリー／スプロケット４か 一層高速度で作動することを意味し、ｌ：２のクランクシャフトに対するカムシ ャフト速度の適正比率か可変タイミング装置ｔＧ内の速度のステップダウン設備 によって回復される。

従って、第１１図／第１２図から、望まれるならばカムシャフト中心が短縮でき 、エンジン框体の全体／高さを縮小でき、すなわち第１１図／第１２図に示され た寸法Ｈおよび２Ｗだけ縮小できる。

カムシャフト中心を縮小させて生しる利点は、吸入および排気バルブの傾斜を決 定するうえで一層の柔軟性か達成され、これは良好なエンジン性能をもたらすに 違いないことである。エンジン高さの縮小は、特に乗用車のボンネット下方の間 隙に関して良好なエンジンのパッケージングをもたらす。

第８図、第１Ｏ図および第１２図の実施例において、可変タイミング装置におけ るレバー１４て行われる角度相調整を不要にてきる。また、これらの図において 、代替例として低速構成要素のステップダウン装置の代わりに、ただ１つの駆動 装置（ベルト）を使用したまま、高速構成要素にステップアップ可変歯車装置を 備えることが可能とされ得る。これは入力部として環状歯車ＩＩを、および出力 部として太陽歯車組立体３を有することでエビサイクリック歯車で達成できる。

歯車Ｉて得られる実際の速度変化は適当に選択でき、エンジン過給機のような成 る構成要素ではより高いセットアツプ歯車か必要とされる。

補正書の写しく翻訳文）提出書く特許法第１８４条の８）］

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．エンジン駆動シャフトから駆動装置で駆動されるエンジン構成要素のための 好変タイミング歯車であって、前記駆動装置内に配置されるようになされると共 に、本質的に簡単な形式のエピサイクリック歯車または差動歯車とされた歯車駆 動系と、歯車駆動系を前記構成要素の近くに配置させて該駆動系の出力部材が該 構成要素の被駆動シャフトに連結できるようにするために備えられた手段と、エ ンジン駆動シャフトから駆動される該駆動系の入力部材とを含み、前記歯車駆動 系がその入力および出力部材の間で駆動速度を変化させるように作用するように 構成された可変タイミング歯車装置。
2. ２．請求項１に請求された可変タイミング歯車装置であって、歯車駆動系がステ ップダウン形式で作動する可変タイミング歯車装置。
3. ３．請求項１または請求項２に請求された可変タイミング歯車装置であって、前 記入力および出力部材の一方が簡単な（すなわち複合ではない）エピサイクリッ ク歯車である太陽歯車で構成され、他方はエピサイクリック歯車である環状（リ ング）歯車で構成された可変タイミング歯車装置。
4. ４．前掲請求項の何れか１項に請求された可変タイミング歯車装置であって、制 御手段が遊星歯車キャリヤに備えられた可変タイミング歯車装置。
5. ５．請求項４に請求された可変タイミング歯車装置であって、制御手段が太陽歯 車および環状歯車の間の角度相調整を行う可変タイミング歯車装置。
6. ６．請求項４または請求項５に請求された可変タイミング歯車装置であって、遊 星歯車キャリヤは構成要素の被駆動シャフトと同軸的に且つ構成要素から離れる 方向へ延在するスリーブに取付けられる可変タイミング歯車装置。
7. ７．請求項４から請求項６までに請求された可変タイミング歯車装置であって、 制御装置がレバーのようにスリーブの選択した角度移動を行わせるアクチュエー タを含むことができる可変タイミング歯車装置。
8. ８．請求項７に請求された可変タイミング歯車装置であって、アクチュエータの 作動がエンジンの作動パラメータを検出する検出装置によって行われる可変タイ ミング歯車装置。
9. ９．請求項３から請求項８までに請求された可変タイミング歯車装置であって、 環状歯車の取付けられる半径方向部材を有するハブが備えられ、このハプは構成 要素の被駆動シャフトに固定されるようになされた可変タイミング歯車装置。
10. １０．請求項３から請求項８までに請求された可変タイミング歯車装置であって 、環状歯車が構成要素の前記被駆動シャフトと一体の半径方向部材に固定される ことができる可変タイミング歯車装置。
11. １１．前掲請求項の何れか１項に請求された可変タイミング歯車装置を組み入れ た内燃機関。
12. １２．エンジン駆動シャフトから一次駆動装置を経て駆動されるカムシャフト、 燃料噴射ポンプおよび交流発電機のような複数の構成要素と、前記構成要素の少 なくとも１つに閲して一次駆動装置で伝達される速度を前記構成要素に合った入 力速度に変化させるための付加的な可変歯車装置とを含んで構成された内燃機関 。